材料成型基礎(chǔ)

材料成型原理復(fù)習(xí)題與熱處理相比，焊接熱過程有哪些特點(diǎn)？答：（1）焊接過程熱源集中，局部加熱溫度高（2）焊接熱過程的瞬時(shí)性，加熱速度快，高溫停留時(shí)間短熱源的運(yùn)動(dòng)性，加熱區(qū)域不斷變化，傳熱過程不穩(wěn)定。2、影響焊接溫度場(chǎng)的因素有哪些？試舉例分別加以說明。?熱源的性質(zhì)?焊接工藝參數(shù)?被焊金屬的熱物理性質(zhì)?焊件的板厚和形狀3、何謂焊接熱循環(huán)？答：焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間焊接熱循環(huán)具有加熱速度快、峰值溫度高、冷卻速度大和相變溫度以上停留時(shí)間不易控制的特點(diǎn)焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)有哪些？它們對(duì)焊接有何影響？?加熱速度?峰值溫度?高溫停留時(shí)間?冷卻速度或冷卻時(shí)間決定焊接熱循環(huán)特征的主要參數(shù)有以下四個(gè)：（1）加熱速度ωH焊接熱源的集中程度較高，引起焊接時(shí)的加熱速度增加，較快的加熱速度將使相變過程進(jìn)行的程度不充分，從而影響接頭的組織和力學(xué)性能。（2）峰值溫度Ｔmax。距焊縫遠(yuǎn)近不同的點(diǎn)，加熱的最高溫度不同。焊接過程中的高溫使焊縫附近的金屬發(fā)生晶粒長(zhǎng)大和重結(jié)晶，從而改變母材的組織與性能。（3）相變溫度以上的停留時(shí)間tH在相變溫度TH以上停留時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于奧氏體的均勻化過程，增加奧氏體的穩(wěn)定性，但同時(shí)易使晶粒長(zhǎng)大，引起接頭脆化現(xiàn)象，從而降低接頭的質(zhì)量。（4）是決定焊接熱影響區(qū)組織和性能的重要參數(shù)之一。對(duì)低合金鋼來說，熔合線附近冷卻到540℃左右的瞬時(shí)冷卻速度是最重要的參數(shù)。也可采用某一溫度范圍內(nèi)的冷卻時(shí)間來表征冷卻的快慢，如800～500℃的冷卻時(shí)間，800～300℃的冷卻時(shí)間，以及從峰值溫度冷至100℃的冷卻時(shí)間t100。影響焊接熱循環(huán)的因素有哪些？試分別予以說明。?焊接熱輸入的影響?預(yù)熱溫度的影響?焊件形狀尺寸的影響?接頭形式的影響?焊道長(zhǎng)度的影響?冷卻條件的影響9、凝固速度對(duì)鑄件凝固組織、性能與凝固缺陷的產(chǎn)生有重要影響。試分析可以通過哪些工藝措施來改變或控制凝固速度？解：①改變鑄件的澆注溫度、澆鑄方式與澆鑄速度；②選用適當(dāng)?shù)蔫T型材料和起始（預(yù)熱）溫度；③在鑄型中適當(dāng)布置冷鐵、冒口與澆口；④在鑄型型腔內(nèi)表面涂敷適當(dāng)厚度與性能的涂料。10、比較同樣體積大小的球狀、塊狀、板狀及桿狀鑄件凝固時(shí)間的長(zhǎng)短。解：一般在體積相同的情況下上述物體的表面積大小依次為：A球<A塊<A板<A桿根據(jù)與所以凝固時(shí)間依次為：t球>t塊>t板>t桿。11、右圖為一灰鑄鐵底座鑄件的斷面形狀，其厚度為30mm，利用“模數(shù)法”分析砂型鑄造時(shí)底座的最后凝固部位，并估計(jì)凝固終了時(shí)間.解：將底座分割成A、B、C、D四類規(guī)則幾何體（見右下圖）1000160160600120查表2-3得：1000160160600120對(duì)A有：RA=VA／AA=1.23cmA=RA2／KA2=2.9min對(duì)B有:RB=VB／AB=1.33cmAAAAAAAABBCCCCDDD對(duì)C有：RC=VC／AC=1.2cmC=RC2／KC2=2.57min對(duì)D有：RD=VD／AD=1.26cmD=RD2／KD2=3.06min因此最后凝固部位為底座中肋B處，凝固終了時(shí)間為3.4分鐘。13、何謂焊接熱循環(huán)？焊接熱循環(huán)的主要特征參數(shù)有那些？答：焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間14、焊接熱循環(huán)對(duì)母材金屬近縫區(qū)的組織、性能有何影響？怎樣利用熱循環(huán)和其他工藝措施改善HAZ的組織性能？答：（1）對(duì)組織的影響：A不易淬火鋼的熱影響區(qū)組織：在一般的熔焊條件下，不易淬火鋼按照熱影響區(qū)中不同部位加熱的最高溫度及組織特征，可分為以下四個(gè)區(qū)1)熔合區(qū):焊縫與母材之間的過渡區(qū)域。范圍很窄，常常只有幾個(gè)晶粒,具有明顯的化學(xué)加熱溫度在固相線以下到晶粒開始急劇長(zhǎng)大溫度(約為1100℃左右)范圍內(nèi)的區(qū)域叫過熱區(qū)。由于金屬處于過熱的狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重的粗化，(正火區(qū)或細(xì)晶區(qū)):該區(qū)的母材金屬被加熱到AC3至1100℃左右溫度范圍，其中鐵素體和珠光體將發(fā)生重結(jié)晶，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。形成的奧氏體晶粒尺寸小于原鐵素體和珠光體，然后在空氣中冷卻就會(huì)得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，故亦稱正火區(qū)。焊接時(shí)處于AC1～AC3之間范圍內(nèi)的熱影響區(qū)屬于不完全重結(jié)晶區(qū)。因?yàn)樘幱贏C1～AC3范圍內(nèi)只有一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，成為晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體，而另一部分是始終未能溶入奧氏體的剩余鐵素體，由于未經(jīng)重結(jié)晶仍保留粗大晶粒。母材焊前是正火狀態(tài)或退火狀態(tài)，則焊后熱影響區(qū)可分為：焊接時(shí)熱影響區(qū)處于AC3以上的區(qū)域。由于晶粒嚴(yán)重粗化母材被加熱到AC1～AC3溫度之間的熱影響區(qū)。母材焊前是調(diào)質(zhì)狀態(tài)，則焊接熱影響區(qū)的組織分布除上述兩個(gè)外，還有一個(gè)回火軟化區(qū)。在回火區(qū)內(nèi)組織和性能發(fā)生變化的程度決定于焊前調(diào)質(zhì)的回火溫度：若焊前調(diào)質(zhì)時(shí)回火溫度為Tt，低于此溫度的部位，組織性能不發(fā)生變化，高于此溫度的部位，組織性能將發(fā)生變化，出現(xiàn)軟化。若焊前為淬火態(tài)，緊靠Ac1的部位得到回火索氏體，離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域得到回火馬氏體。(2)對(duì)性能的影響粗晶脆化、析出脆化、組織轉(zhuǎn)變脆化、熱應(yīng)變時(shí)效脆化、氫脆以及石墨脆化等)、韌化、軟化等。（3）改善HAZ組織性能的措施15、焊接條件下組織轉(zhuǎn)變與熱處理?xiàng)l件下組織轉(zhuǎn)變有何不同？答：焊接條件下熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變與熱處理?xiàng)l件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理是相同的。但由于焊接過程的特殊性，使焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變又具有與熱處理不同的特點(diǎn)。焊接熱過程概括起來有以下六個(gè)特點(diǎn)：焊接所以焊接條件下熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變必然有它本身的特殊性。此外，焊接過程的快速加熱，首先將使各種金屬的相變溫度比起等溫轉(zhuǎn)變時(shí)大有提高。加熱速度越快，不僅被焊金屬的相變點(diǎn)AC1和AC3提高幅度增大，而且AC1和AC3之間的間隔也越大。加熱速度還影響奧氏體的形成過程，特別是對(duì)奧氏體的均質(zhì)化過程有著重要的影響。由于奧氏體的均質(zhì)化過程屬于擴(kuò)散過程，因此加熱速度快，相變點(diǎn)以上停留時(shí)間短，不利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行，從而均質(zhì)化的程度很差。這一過程必然影響冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變。焊接過程屬于非平衡熱力學(xué)過程，在這種情況下，隨著冷卻速度增大，平衡狀態(tài)圖上各相變點(diǎn)和溫度線均發(fā)生偏移。在焊接連續(xù)冷卻條件下，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變并不按平衡條件進(jìn)行，如珠光體的成分，由w(C)0.8％而變成一個(gè)成分范圍，形成偽共析組織。此外，貝氏體、馬氏體也都是處在非平衡條件下的組織，種類繁多。這與焊接時(shí)快速加熱、高溫、連續(xù)冷卻等因素有關(guān)。17、焊接熱影響區(qū)的脆化類型有幾種？如何防止？改善粗晶區(qū)韌性的作用，提高抗脆能力HSE)焊接接頭的HSE往往是靜態(tài)應(yīng)變時(shí)效和動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的綜合作用的結(jié)果。盡量使焊接接頭無缺口，從而減輕動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效脆化程度；18、分述低碳鋼焊接熱影響區(qū)各區(qū)域的溫度區(qū)間、組織及性能特點(diǎn)。答：低碳鋼屬不易淬火鋼，其焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)，過熱區(qū)，相變重結(jié)晶區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)。1)熔合區(qū)：溫度在固液相線之間，具有明顯的化學(xué)成分不均勻性，導(dǎo)致組織、性能不均勻，影響焊接接頭的強(qiáng)度、韌性，是焊熱影響區(qū)性能最差的區(qū)域。2)過熱區(qū)：溫度為從固相線到晶粒急劇生長(zhǎng)溫度（約1100℃）之間。因?yàn)榇嬖诤艽蟮倪^熱，該區(qū)奧氏體嚴(yán)重粗化，冷卻后得到粗大組織，并且出現(xiàn)脆性的魏氏組織。因此，塑、韌性很差。3)相變重結(jié)晶區(qū)：溫度：從晶粒急劇生長(zhǎng)溫度（1100℃）到AC3。加熱過程中，鐵素體和珠光體全部發(fā)生重結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小奧氏體。冷卻后得到均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。組織，成分均勻，塑、韌性極好。類似于正火組織，亦稱“正火區(qū)”。是熱影響區(qū)中組織性能最佳的區(qū)域。4)不完全重結(jié)晶區(qū)：溫度：AC1～AC3，在此溫度范圍內(nèi)，只有一部分鐵素體和珠光體發(fā)生了相變重結(jié)晶，冷卻形成了細(xì)小的鐵素體和珠光體；而另一部分為未轉(zhuǎn)變的原始鐵素體，因此，晶粒大小不一，形成的組織不均勻，導(dǎo)致力學(xué)性能不均勻。第3章金屬的凝固1、試述液態(tài)金屬充型能力與流動(dòng)性間的聯(lián)系和區(qū)別，并分析合金成分及結(jié)晶潛熱對(duì)充型能力的影響規(guī)律。答：(1)液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，即液態(tài)金屬充填鑄型的能力，簡(jiǎn)稱為液態(tài)金屬充型能力。液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱為“流動(dòng)性”，是液態(tài)金屬的工藝性能之一。液態(tài)金屬的充型能力首先取決于金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又受外界條件，如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是各種因素的綜合反映。在工程應(yīng)用及研究中，通常，在相同的條件下（如相同的鑄型性質(zhì)、澆注系統(tǒng)，以及澆注時(shí)控制合金液相同過熱度，等等）澆注各種合金的流動(dòng)性試樣，以試樣的長(zhǎng)度表示該合金的流動(dòng)性，并以所測(cè)得的合金流動(dòng)性表示合金的充型能力。因此可以認(rèn)為：合金的流動(dòng)性是在確定條件下的充型能力。對(duì)于同一種合金，也可以用流動(dòng)性試樣研究各鑄造工藝因素對(duì)其充型能力的影響。(2)合金的化學(xué)成分決定了結(jié)晶溫度范圍，與流動(dòng)性之間存在一定的規(guī)律。一般而言，在流動(dòng)性曲線上，對(duì)應(yīng)著純金屬、共晶成分和金屬間化合物之處流動(dòng)性最好，流動(dòng)性隨著結(jié)晶溫度范圍的增大而下降，在結(jié)晶溫度范圍最大處流動(dòng)性最差，也就是說充型能力隨著結(jié)晶溫度范圍的增大而越來越差。因?yàn)閷?duì)于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向內(nèi)部推進(jìn)，固相層內(nèi)表面比較光滑，對(duì)液體的流動(dòng)阻力小，具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金在型腔中流動(dòng)時(shí)，斷面上存在著發(fā)達(dá)的樹枝晶與未凝固的液體相混雜的兩相區(qū)，金屬液流動(dòng)性不好，充型能力差。(3)對(duì)于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，在一般的澆注條件下，放出的潛熱越多，凝固過程進(jìn)行的越慢，流動(dòng)性越好，充型能力越強(qiáng)；而對(duì)于寬結(jié)晶溫度范圍的合金，由于潛熱放出15~20%以后，晶粒就連成網(wǎng)絡(luò)而停止流動(dòng)，潛熱對(duì)充型能力影響不大。但也有例外的情況，由于Si晶體結(jié)晶潛熱為α-Al的4倍以上，Al-Si合金由于潛熱的影響，最好流動(dòng)性并不在共晶成分處。2、某飛機(jī)制造廠的一牌號(hào)Al-Mg合金（成分確定）機(jī)翼因鑄造常出現(xiàn)“澆不足”缺陷而報(bào)廢，如果你是該廠工程師，請(qǐng)問可采取哪些工藝措施來提高成品率？答：機(jī)翼鑄造常出現(xiàn)“澆不足”缺陷可能是由金屬液的充型能力不足造成的，可采取以下工藝提高成品率：（1）使用小蓄熱系數(shù)的鑄型來提高金屬液的充型能力；采用預(yù)熱鑄型，減小金屬與鑄型的溫差，提高金屬液充型能力。（2）提高澆注溫度，加大充型壓頭，可以提高金屬液的充型能力。（3）改善澆注系統(tǒng)，提高金屬液的充型能力。3、論述成分過冷與熱過冷的涵義以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。成分過冷的涵義:熱過冷的涵義:界面液相側(cè)形成的負(fù)溫度剃度，使得界面前方獲得大于的過冷度。成分過冷與熱過冷的區(qū)別:熱過冷是由于液體具有較大的過冷度時(shí)，在界面向前推移的情況下，結(jié)晶潛熱的釋放而產(chǎn)生的負(fù)溫度梯度所形成的。可出現(xiàn)在純金屬或合金的凝固過程中，一般都生成樹枝晶。成分過冷成分過冷與熱過冷的聯(lián)系:對(duì)于合金凝固，當(dāng)出現(xiàn)“熱過冷”的影響時(shí)，必然受“成分過冷”的影響，而且后者往往更為重要。即使液相一側(cè)不出現(xiàn)負(fù)的溫度梯度，由于溶質(zhì)再分配引起界面前沿的溶質(zhì)富集，從而導(dǎo)致平衡結(jié)晶溫度的變化。在負(fù)溫梯下，合金的情況與純金屬相似，合金固溶體結(jié)晶易于出現(xiàn)樹枝晶形貌。4、何為成分過冷判據(jù)?成分過冷的大小受哪些因素的影響?答:“成分過冷”判據(jù)為:＜當(dāng)“液相只有有限擴(kuò)散”時(shí)，δN=∞，，代入上式后得＜(其中:GL—液相中溫度梯度R—晶體生長(zhǎng)速度mL—液相線斜率C0—原始成分濃度DL—液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)K0—平衡分配系數(shù)K)成分過冷的大小主要受下列因素的影響:1）液相中溫度梯度GL,GL越小,越有利于成分過冷2）晶體生長(zhǎng)速度R,R越大,越有利于成分過冷3）液相線斜率mL,mL越大,越有利于成分過冷4）原始成分濃度C0,C0越高,越有利于成分過冷5）液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)DL,DL越底,越有利于成分過冷6）平衡分配系數(shù)K0,K0＜1時(shí)，K0越小,越有利于成分過冷；K0＞1時(shí)，K0越大,越有利于成分過冷。(注:其中的GL和R為工藝因素,相對(duì)較易加以控制;mL,C0,DL,K0,為材料因素,較難控制)5、分別討論“成分過冷”對(duì)單相固溶體及共晶凝固組織形貌的影響？答:“成分過冷”對(duì)單相固溶體組織形貌的影響:“成分過冷”對(duì)共晶凝固組織形貌的影響:6、鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的，它們的形成機(jī)理如何?答：表面激冷區(qū)的形成：當(dāng)液態(tài)金屬澆入溫度較低的鑄型中時(shí)，型壁附近熔體由于受到強(qiáng)烈的激冷作用，產(chǎn)生很大的過冷度而大量非均質(zhì)生核。這些晶核在過冷熔體中也以枝晶方式生長(zhǎng)，由于其結(jié)晶潛熱既可從型壁導(dǎo)出，也可向過冷熔體中散失，從而形成了無方向性的表面細(xì)等軸晶組織。柱狀晶區(qū)的形成：在結(jié)晶過程中由于模壁溫度的升高，在結(jié)晶前沿形成適當(dāng)?shù)倪^冷度，使表面細(xì)晶粒區(qū)繼續(xù)長(zhǎng)大（也可能直接從型壁處長(zhǎng)出），又由于固-液界面處單向的散熱條件（垂直于界面方向），處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，以表面細(xì)等軸晶凝固層某些晶粒為基底，呈枝晶狀單向延伸生長(zhǎng)，那些主干取向與熱流方向相平行的枝晶優(yōu)先向內(nèi)伸展并抑制相鄰枝晶的生長(zhǎng)，在淘汰取向不利的晶體過程中，發(fā)展成柱狀晶組織。內(nèi)部等軸晶的形成：內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成是由于熔體內(nèi)部晶核自由生長(zhǎng)的結(jié)果。隨著柱狀晶的發(fā)展，熔體溫度降到足夠低，再加之金屬中雜質(zhì)等因素的作用，滿足了形核時(shí)的過冷度要求，于是在整個(gè)液體中開始形核。同時(shí)由于散熱失去了方向性，晶體在各個(gè)方向上的長(zhǎng)大速度是相等的，因此長(zhǎng)成了等軸晶。7、試分析溶質(zhì)再分配對(duì)游離晶粒的形成及晶粒細(xì)化的影響。答：對(duì)于純金屬在冷卻結(jié)晶時(shí)候沒有溶質(zhì)再分配，所以在其沿型壁方向晶體迅速長(zhǎng)大，晶體與晶體之間很快能夠連接起來形成凝固殼。當(dāng)形成一個(gè)整體的凝固殼時(shí)，結(jié)晶體再從型壁處游離出來就很困難了。但是如果向金屬中添加溶質(zhì)，則在晶體與型壁的交匯處將會(huì)形成溶質(zhì)偏析，溶質(zhì)的偏析容易使晶體在與型壁的交會(huì)處產(chǎn)生“脖頸”，具有“脖頸”的晶體不易于沿型壁方向與其相鄰晶體連接形成凝固殼,另一方面，在澆注過程和凝固初期存在的對(duì)流容易沖斷“脖頸”，使晶體脫落并游離出去，形成游離晶。一些游離晶被保留下來并發(fā)生晶體增殖，成為等軸晶的核心，形成等軸晶，從而起到細(xì)化晶粒的作用。8、液態(tài)金屬中的流動(dòng)是如何產(chǎn)生的，流動(dòng)對(duì)內(nèi)部等軸晶的形成及細(xì)化有何影響?答：澆注完畢后，凝固開始階段，在型壁處形成的晶體，由于其密度或大于母液或小于母液會(huì)產(chǎn)生對(duì)流，此外型壁處和鑄件心部的熔體溫度差也可造成對(duì)流，從而使熔體流動(dòng)。依靠熔體的流動(dòng)可將型壁處產(chǎn)生的晶體脫落且游離到鑄件的內(nèi)部，并發(fā)生增殖，從而為形成等軸晶提供核心，有利于等軸晶的形成，并細(xì)化組織。9、試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素，列舉獲得細(xì)等軸晶的常用方法。答：鑄件的三個(gè)晶區(qū)的形成是相互聯(lián)系相互制約的，穩(wěn)定凝固殼層的形成決定著表面細(xì)晶區(qū)向柱狀晶區(qū)的過度，而阻止柱狀晶區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵則是中心等軸晶區(qū)的形成，因此凡能強(qiáng)化熔體獨(dú)立生核，促進(jìn)晶粒游離，以及有助于游離晶的殘存與增殖的各種因素都將抑制柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，從而擴(kuò)大等軸晶區(qū)的范圍，并細(xì)化等軸晶組織。細(xì)化等軸晶的常用方法：（1）合理的澆注工藝：合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得及細(xì)化等軸晶的有效措施；通過改變澆注方式強(qiáng)化對(duì)流對(duì)型壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進(jìn)細(xì)等軸晶的形成；（2）冷卻條件的控制：對(duì)薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)能力的鑄型；對(duì)厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶的形成，再輔以其它晶粒細(xì)化措施以得到滿意的效果；（3）孕育處理：影響生核過程和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒。（4）動(dòng)力學(xué)細(xì)化：鑄型振動(dòng);超聲波振動(dòng);液相攪拌;流變鑄造，導(dǎo)致枝晶的破碎或與鑄型分離，在液相中形成大量結(jié)晶核心，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。10、從“型壁晶粒脫落、游離及增殖”觀點(diǎn)分析鑄件內(nèi)部等軸晶的形成機(jī)理。簡(jiǎn)述三種促進(jìn)及細(xì)化等軸晶的工藝措施及其作用機(jī)制。答：純金屬晶粒不易從型壁脫落。而液態(tài)合金中存在溶質(zhì)再分配，型壁處激冷晶區(qū)中某些晶粒形成“脖頸”，由于澆注過程中液流的沖刷作用，使“脖頸”折斷發(fā)生晶體脫落，從而形成游離的晶粒，在液流沖刷、對(duì)流作用下自型壁處向型腔內(nèi)部液態(tài)金屬游離，成為內(nèi)部等軸晶形核的基底。游離過程中，在低溫區(qū)域晶粒生長(zhǎng)，在高溫區(qū)域晶粒可能重熔。晶體游離過程也可能產(chǎn)生脖頸發(fā)生根部熔斷，由一個(gè)等軸晶變?yōu)閹讉€(gè)等軸晶，發(fā)生增殖。細(xì)化等軸晶的措施：凡強(qiáng)化晶體生核，促進(jìn)晶粒游離、增殖的措施均可細(xì)化晶粒，例如：1)合理的澆注工藝和冷卻條件?？刂戚^低的合適澆注溫度，可防止晶核的重熔消失；改變澆注方式加強(qiáng)對(duì)流時(shí)對(duì)型壁激冷晶的沖刷作用可促進(jìn)晶粒游離，細(xì)化晶粒。2)孕育處理：在澆注前或澆注過程中向液態(tài)金屬中加入少量孕育劑，從而提供非均質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，達(dá)到獲得細(xì)化晶粒，改善宏觀組織的目的。3)動(dòng)力學(xué)細(xì)化：采用機(jī)械震動(dòng)或電磁震動(dòng)，導(dǎo)致固相與液相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使枝晶破碎或與鑄型分離。常用方法：鑄型震動(dòng)，超聲波振動(dòng)，液相攪拌，流變鑄造。11、試述焊接熔池中金屬凝固的特點(diǎn)。答：熔焊時(shí)，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢覆陌l(fā)生局部熔化，并與熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同時(shí)進(jìn)行短暫而復(fù)雜的冶金反應(yīng)。當(dāng)熱源離開后，熔池金屬便開始了凝固。因此，焊接熔池具有以下一些特殊性。（1）熔池金屬的體積小，冷卻速度快。在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有30cm3，冷卻速度通常可達(dá)4～100℃/s，。（2）熔池金屬中不同區(qū)域溫差很大、中心部位過熱溫度最高。熔池金屬中溫度不均勻，且過熱度較大，尤其是中心部位過熱溫度最高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點(diǎn)數(shù)將大為減少。（3）動(dòng)態(tài)凝固過程。一般熔焊時(shí)，熔池是以一定的速度隨熱源而移動(dòng)。（4）液態(tài)金屬對(duì)流激烈。熔池中存在許多復(fù)雜的作用力，使熔池金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌和對(duì)流，在熔池上部其方向一般趨于從熔池頭部向尾部流動(dòng)，而在熔池底部的流動(dòng)方向與之正好相反，這一點(diǎn)有利于熔池金屬的混和與純凈。三、名詞解釋1、平衡凝固：由于合金的凝固一般在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，假定長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一維體緩慢地自左向右定向凝固，溶質(zhì)在固相和液相中都充分均勻擴(kuò)散，固液界面保持為平面生長(zhǎng)，凝固過程完全按照平衡過程進(jìn)行。2、偏析：合金在凝固過程中，由于溶質(zhì)再分配，在鑄件不同截面上或截面不同部位甚至晶粒內(nèi)部都存在化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。四、簡(jiǎn)答題3、從“型壁晶粒脫落、游離及增殖”觀點(diǎn)分析鑄件內(nèi)部等軸晶的形成機(jī)理。答：純金屬晶粒不易從型壁脫落。而液態(tài)合金中存在溶質(zhì)再分配，型壁處激冷晶區(qū)中某些晶粒形成“脖頸”，由于澆注過程中液流的沖刷作用，使“脖頸”折斷發(fā)生晶體脫落，從而形成游離的晶粒，在液流沖刷、對(duì)流作用下自型壁處向型腔內(nèi)部液態(tài)金屬游離，成為內(nèi)部等軸晶形核的基底。游離過程中，在低溫區(qū)域晶粒生長(zhǎng)，在高溫區(qū)域晶?？赡苤厝?。晶體游離過程也可能產(chǎn)生脖頸發(fā)生根部熔斷，由一個(gè)等軸晶變?yōu)閹讉€(gè)等軸晶，發(fā)生增殖。1．關(guān)于均質(zhì)形核，以下正確的說法是：[d]a．溫度越低，形核的驅(qū)動(dòng)力越大。b．形核功越大，越容易形核。c．溫度越高，形核功越小。d．過冷度越大，形核功越小。3．非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核相比：[b]a．臨界晶核半徑更小。b．臨界晶核體積更小。c．臨界過冷度更大。d．a(chǎn)和b。4．在共晶合金的凝固中，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是：[d]a．非共晶成分的合金也可以得到100%的共晶組織。b．共晶成分的合金，一定可以得到100%的共晶組織。c．共晶成分的合金，也可能得不到100%的共晶組織。d．a(chǎn)和c。6．從液態(tài)金屬與熔渣的相互作用規(guī)律，可知：[a或b]a．堿性熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比酸性熔渣強(qiáng)。b．酸性熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比堿性渣強(qiáng)。c．熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性與其含F(xiàn)eO的量有關(guān)，而與熔渣的酸堿度無關(guān)。d．隨著溫度的升高，熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性減弱。7．生產(chǎn)中用來防止焊接冷裂紋的措施通常是：[d]a.焊前預(yù)熱。b.焊后后熱。c.選用堿性焊條。d.a、b和c。8．以下與凝固過程中溶質(zhì)再分配無關(guān)的缺陷是：[c]a．析出性氣孔。b．夾雜。c．縮孔。d．熱裂紋。9．以下使鑄件在凝固過程中產(chǎn)生縮孔的條件是：[a]a.逐層凝固方式。b.較低的澆注溫度。c.較快的凝固速度。d.較寬的結(jié)晶溫度范圍。第4章材料成形過程中的化學(xué)冶金1.焊接和鑄造過程中的氣體來源于何處？它們是如何產(chǎn)生的？答：焊接區(qū)內(nèi)的氣體：焊條藥皮、焊劑、焊芯的造氣劑，高價(jià)氧化物及有機(jī)物的分解氣體，母材坡口的油污、油漆、鐵銹、水分，空氣中的氣體、水分，保護(hù)氣體及其雜質(zhì)氣體鑄造過程中的氣體：熔煉過程，氣體主要來自各種爐料、爐氣、爐襯、工具、熔劑及周圍氣氛中的水分、氮、氧、氫、CO2、CO、SO2和有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏?。來自鑄型中的氣體主要是型砂中的水分。澆注過程，澆包未烘干，鑄型澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，鑄型透氣性差，澆注速度控制不當(dāng)，型腔內(nèi)的氣體不能及時(shí)排除等，都會(huì)使氣體進(jìn)入液態(tài)金屬。2.氮、氫、氧對(duì)金屬的質(zhì)量有何影響？答：1．使材料脆化鋼材中氮、氫或氧的含量增加時(shí)，其塑性和韌性都將下降，尤其是低溫韌性下降更為嚴(yán)重。2．形成氣孔氮和氫均能使金屬產(chǎn)生氣孔。液態(tài)金屬在高溫時(shí)可以溶解大量的氮或氫，而在凝固時(shí)氮或氫的溶解度突然下降，這時(shí)過飽和的氮或氫以氣泡的形式從液態(tài)金屬中向外逸出。當(dāng)液態(tài)金屬的凝固速度大于氣泡的逸出速度時(shí)，就會(huì)形成氣孔。3．產(chǎn)生冷裂紋冷裂紋是金屬冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的一種裂紋，其危害性很大。氫是促使產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一。4．引起氧化和飛濺氧可使鋼中有益的合金元素?zé)龘p，導(dǎo)致金屬性能下降；焊接時(shí)若溶滴中含有較多的氧和碳，則反應(yīng)生成的CO氣體因受熱膨脹會(huì)使熔滴爆炸，造成飛濺，影響焊接過程的穩(wěn)定性。此外應(yīng)當(dāng)指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有時(shí)故意在焊接材料中加入一定